9. Osiowe turbiny kombinowane.

(1)

28 III. Najważniejsze rodzaje turbin parowych.

środka ciężkości. Z tego również względu, wałek jest osadzony nie w jednem, — jak to często praktykuje się w mniejszych turbinach — ,lecz w dwóch łożyskach z pierście- niowem smarowaniem, zaopatrzonych w długie bronzowe panewki wahliwe, nastawiające się samoczynnie wzdłuż wałka.

Regulacja liczby obrotów odbywa się, podobnie jak w innych typach małej mocy, przez dławienie pary wlotowej zapomocą wentyla, połączonego drążkami bezpośrednio z regulatorem R, umieszczonym na końcu wałka w osobnej osłonie. Niezależnie od regu

latora dopływ pary może być miarkowany przez przymykanie ręczne poszczególnych dysz, zwłaszcza, jeżeli turbina ma dłuższy czas pracować przy mniejszem niż normalne obciążeniu. Wreszcie na wypadek raptownego spadku obciążenia, turbina posiada jeszcze regulator bezpieczeństwa Q, który przy przekroczeniu liczby obrotów o 10$ ponad nor

malną odcina natychmiast całkowicie dopływ świeżej pary do dysz.

Turbina parowa fabryki B r a n d e l i W i - t o s z y ń s k i jest, jak wynika z powyższego opisu, j e d n c s t o p n i o w ą a k c y j n ą t u r b i n ą p r o m i e n i o w ą z k i l k o m a s t o p n i a m i p r ę d k o ś c i . Kilkakrotny przebieg pary przez wieniec wirnikowy, połączony ze stopniowem zmniejszaniem szybkości pa

ry, pozwala na stosowanie umiarkowanej prędkości obwodowej i umiarkowanej liczby obrotów przy uniknięciu przekładni zębatych.

Rozkład dysz D i kierownic K nad wirnikiem W jest przedstawiony na rys. 28.

Zewnętrzny widok wirnika wraz z wałem, kierownicy i dyszy turbiny 2,5 konnej przed

stawia rys. 29, na podstawie którego łatwo można sobie przedstawić przepływ pary.

Turbiny te pracują z liczbą obrotów od 1800 do 4000 obr/min. '

Rys. 29.

§ 9. Osiowe turbiny kombinowane.

W celu usunięcia wad, a wyzyskania zalet poszczególnych systemów przedtem rozważanych, powstały różne kombinacje turbin. Dla wytworzenia wielkiej mocy obecnie może najwięcej są rozpowszechnione kombinowane turbiny osiowe i to przedewszystkiem w następujących połączeniach:

1) koło Curtis'a z wielostopniową turbiną akcyjną, 2) koło Curtis'a z wielostopniową turbiną reakcyjną,

3) kilkostopniowa turbina akcyjna z wielostopniową reakcyjną.

§ 9-a. K o ł o C u r t i s a w p o ł ą c z e n i u z w i e l o s t o p n i o w ą t u r b i n ą a k c y j n ą . Typ powyższy powstał w fabryce turbin parowych towarzystwa „A. E . G . " w Berli

nie. Obecnie budują go także fabryki, które dawniej wykonywały wyłącznie turbiny systemy Rateau'a lub Zoelly'ego, np. Skoda w Pilznie, B.ergmann w Berlinie, „M. A . N . "

w Norymberdze. Konstrukcję ostatniej fabryki uwidocznia rys. 30.

Para świeża zamienia w dyszach £ większą część swej prężności na prędkość, roz

prężając się na 3 do 2,5 atm. abs. Zasilanie koła Curtis'a (7, posiadającego wieniec kie

rowniczy £7, odbywa się na części obwodu. Po oddaniu pracy w kole Curtis'a para pły-

(2)

§ 9-a. Kolo Curtis'a w połączeniu z wielostopniową turbiną akcyjną. 29 nie do wielostopniowej (3 do 11 stopni ciśnienia) turbiny akcyjnej, składającej się z kół kierowniczych D i z wirników B, zasilanych na całym obwodzie wieńców; w końcu ucho

dzi całkowicie rozprężona do skraplacza.

Kierownice posiadają uszczelnienia przy piastach wirników. Łożysko grzebieniaste H podejmuje nacisk, działający w kierunku prądu pary z powodu uderzania pary o kra

wędzie łopatek, jak również z powodu większego tarcia po stronie dolotowej niż po stro

nie wylotowej łopatek. Napęd ślimakowy K uruchomia wał L, pędzący regulator. Sprzę

gło Jłączy wał turbinowy z wałem generatorowym. Jako dławnice G zastosowano tutaj pierścienie stałe, wykonane z mieszaniny węgla z grafitem.

Rys. 30.

W powyższym ustroju tworzy k o ł o C u r t i s ' a c z ę ś ć w y s o k o p r ę ż n ą , a w i e l o s t o p n i o w a t u r b i n a a k c y j n a c z ę ś ć n i s k o p r ę ż n ą . Przebieg ciśnień p, prędkości pary c oraz temperatury wynikają z rys. 31, wyjętego z katalogu Skody.

W porównaniu z turbiną Zoelly'ego lub Rateau'a, rozważany typ kombinowany po

siada pewne z a l e t y , mianowicie całość turbiny jest trochę krótsza, do osłony turbino

wej wchodzi para o stosunkowo niskiem ciśnieniu i niskiej temperaturze, przez co zapo

biega się odkształceniom osłony oraz ułatwia się uszczelnienie wału w dlawnicy po stro

nie wysokoprężnej, Łopatki koła Curtis'a muszą wprawdzie opanować znacznie większe prędkości pary, niż w turbinach Zoelly'ego i Rateau'a, lecz działa na nie para, posiadająca tylko średnią temperaturę i małą gęstość, co ułatwia stosowny dobór materjału na łopatki. Po przepływie przez koło Curtisa para posiada tak dużą objętość, że już pierw

szy wirnik części niskoprężnej może być zasilany na całym obwodzie, przez co unika się strat, spowodowanych oporami wentylacyjnymi. Dzięki temu ogólny spółczynnik spraw

ności turbiny typu rozważanego jest równie dobry, jak turbin Zoelly'ego, pomimo że spółczynnik sprawności koła Curtis'a nie jest tak korzystny, jak wirnika akcyjnego o jednym stopniu prędkości.

W porównaniu z turbiną Parsons'a większość zalet poprzednio wymienionych uwy

datnia się jeszcze znacznie więcej, przedewszystkiem przez skrócenie osłony. Oprócz

(3)

tego niezawodność biegu jest znacznie większa niż u Parsons'a, ponieważ turbina nie posiada tłoków odciążających, a szczeliny pomiędzy łopatkami a osłoną są dostatecznie duże. Skutkiem tego może ona być uruchomiona bez dłuższego poprzedniego ogrzewa

nia. Zapotrzebowanie pary jest korzystniejsze, niż przez wielostopniową turbinę reakcyj

ną, ponieważ nie zachodzą wspomniane poprzednio straty pary przez szczeliny. W końcu dodać można, że koszta wykonania są mniejsze, niż typu Parsons'a, lecz wybór stosow

nego materjału na łopatki znacznie trudniejszy, z powodu większych prędkości pary, więc i większego obciążenia jednostkowego łopatek. W razie nieodpowiedniego materjału

Curtis

Rys. 31.

łopatek, może w dosyć krótkim czasie nastąpić nadmierne ścieranie się ich, podobnie jak w wielostopniowej turbinie akcyjnej.

O s i ą g n i ę c i e w i e l k i e j m o c y ponad5000kWw j e d n y m s i l n i k u p r z y d u ż e j l i c z b i e o b r o t ó w » = 3000 obr./min., co ze względu na generator elektryczny o prądzie zmiennym i na obniżenie kosztów wytwórczych jest bardzo pożądane, wymagało zastosowa

nia pewnych zmian k o n s t r u k c y j n y c h w stosunku do budowy, przedstawionej na rys. 30.

Maksymalna moc turbiny parowej przy pewnej liczbie obrotów jest bowiem określona przez wolny przekrój przepływowy dla pary w wieńcu łopatkowym ostatniego wirnika, więc przez średnicę tegoż wirnika i długość jego łopatek. Swobodną, więc wystającą długość / łopatek ponad wirniki, wykonywa się zwykle w zależności od średniej średnicy wirnika Dm, mierzonej od środka wysokości łopatek, mianowicie spotykamy najczęściej:

(4)

§ 9-a. Koto Curtis'a w połączeniu 2 wielostopniową turbiną akcyjną. 31 Stosowanie większej długości łopatek zachodzi rzadko i jest naogół niewłaściwe, gdyż wolny przekrój przepływowy pomiędzy łopatkami wirnika byłby wtedy przy ze

wnętrznej średnicy wieńca znacznie większy, niż przy wewnętrznej średnicy, i naprężenia jednostkowe łopatek, zwłaszcza przy prędkościach obwodowych wirnika ponad200mjstk.

i D,„ ponad 1,2 m, byłyby bardzo duże, a prócz tego zbyt długie łopatki łatwo podlegałyby drganiom niebezpiecznym. Nie mogąc dowolnie powiększać długości łopatek, należało powiększyć średnicę ostatniego wirnika, a gdyby to było niemożliwe, podzielić tenże wirnik na dwa, pracujące równolegle, lub też zastosować kilka równolegle pracujących stopni wypustowych.

Celem osiągnięcia wyniku pożądanego fabryki używają różnych środków. Fabryka turbin parowych A. E. G. w Berlinie stosuje w turbinach o wielkiej mocy przy dużej liczbie obrotów konstrukcję według rys. 32, w której ostatni stopień ciśnienia posiada

Rys. 32.

znacznie większą średnicę,—a przy dalszem zwiększaniu mocy jednego silnika do 25000 kW przy 11 — 3000 obr./min. używa budowy, wskazanej na rys. 33, aby powiększyć wolny przekrój przepływowy i uzyskać możliwie małe straty wylotowe. W tym ustroju ostatni wirnik jest podzielony na dwa koła o niewielkiej średnicy, więc mniej naprężone, a wolny przekrój przepływowy przez wieniec łopatkowy jest podwojony, skutkiem czego można przy pewnej liczbie obrotów osiągnąć moc podwójnej wielkości. Ponieważ para przepływa te dwa koła w kierunku przeciwnym, możnaby w celu dalszego zmniejszenia długości łopatek z powodzeniem zastosować reakcyjne łopatki, bez potrzeby używania tłoka od

ciążającego. Turbina według rys. 33 odznacza się małą liczbą wirników i nieznaczną długością osłony, której budowa nie jest jednakże zbyt prosta. Zastosowana wielka pręd

kość obwodowa wymaga używania wyborowego materjału na wirniki oraz bardzo starań-

(5)

32 HI. Najważniejsze rodzaje turbin parowych.

nego wyrównoważenia ich, aby zapobiedz pękaniu kói pod wpływem nadmiernych naprę

żeń, lub pod wpływem zmęczenia materjału z powodu drgań wirników. Ponieważ liczba stopni ciśnienia jest mała, a prędkość pary w kanałkach łopatkowych — duża, fabryka wykonywująca musi posiadać duże doświadczenie pod względem doboru stosownego

Rys. 33.

materjału na łopatki, racjonalnej ich budowy i umiejętnego umocowania w wirnikach, aby uniknąć nadmiernego zdzierania się łopatek, względnie ich łamania się pod wpływem nadmiernych naprężeń i zachodzących drgań.

Z powodu obawy o nadmierne zdzieranie się łopatek przy wielkiej prędkości pary oraz celem zmniejszenia naprężeń w częściach wirujących i umożliwienia używania nie

zbyt kosztownych materjałów, niektóre fabryki używają jeszcze obecnie większej liczby stopni ciśnienia i wprowadzają dzielenie wieńców łopatkowycłi nietylko w ostatnim, lecz i w kilku poprzednich stopniach. Fabryka angielska M e t r o p o l i t a n V i c k e r s E l e c t r i c a l C o . w Manchester buduje turbiny konstrukcji inż. Baumanna;-wykonanietakiej tur

biny o mocy 12 500 kW przy7i = 3000 obr./min. widzimy na rys. 34. Składa się ona z koła Curtis'a o dwóch stopniach prędkości, dziesięciu jednostopniowych kół akcyjnych Ra- teau'a i trzech równolegle pracujących stopni wypustowych, dzięki którym wolny prze

krój wylotowy zostaje powiększony o blisko 22%. a straty wylotowe w turbinie zostają odpowiednio zmniejszone; — średnia średnica wieńców łopatkowych wynosi 1070 mm, a przy mniejszem ciśnieniu admisyjnem fabryka zastępuje koło Curtis'a jednem kołem Rateau a (patrz koniec § 7).

(6)

§ 9-a. Kolo Curtis'.-) w połączeniu z wielostopniową turbiną akcyjną. 33 Po opuszczeniu 11-go wirnika strumień pary jest tutaj dzielony na dwie części.

Część pary płynie przez wieniec łopatkowy kierownicy a, ograniczony wewnątrz na ry

sunku widocznym pierścieniem, (kierownica kończy się na tym pierścieniu, nie do

chodzi więc do wału turbinowego), rozpręża się w tejże kierownicy na ciśnienie, panujące w kondensatorze, wykonywa pracę w zewnętrznym akcyjnym wieńcu łopatko

wym wirnika 12-go i odpływa do kondensatora; — cały wieniec łopatkowy jest tutaj bowiem promieniowo podzielony. Reszta pary przechodzi swobodnie z 11-go wirnika do wewnętrznej części wieńca łopatkowego 12-go wirnika, zaopatrzonej w łopatki o kształ

cie, dającym reakcję i bardzo mały spadek ciśnienia, a zatem i małą zmianę prędkości pary przepływającej; — praca, wykonana w tejże wewnętrznej części wieńca 12-go jest

Rys. 34.

więc nieduża. Para, wychodząca z wewnętrznego wieńca łopatkowego wirnika 12-go, dzieli się powtórnie na dwa strumienie; — jeden rozpręża się w kierowniczych łopatkach c na ciśnienie w kondensatorze, oddaje pracę w zewnętrznym wieńcu łopatkowym wirnika 13-go i odpływa do skraplacza, drugi natomiast rozpręża się nieznacznie w kierownicy d i wykonywa przy równoczesnej nieznacznej ekspansji niewielką pracę w wewnętrznym wieńcu łopatkowym wirnika 13-go, a dopiero w kierownicy /'rozpręża się na ciśnienie w kondensatorze i odpływa po oddaniu pracy w 14-ym wirniku do kondensatora.

Pomimo tego, że para, wykonywująca pracę w 14-ym wirniku, zostaje niedostatecz

nie zużytkowana pod względem oddawania pracy w 12-ym i 13-ym wirniku, powodując przez to zwiększenie strat przez tarcie, turbina podobnej budowy posiada z powodu du

żego wolnego przekroju przepływowego w ostatnim stopniu ciśnienia małe straty wylo

towe i daje moc około 2,2 razy większą. Co do podobnej budowy możnaby mieć nato

miast pewne wątpliwości praktyczne, mianowicie wykonanie łopatek, podzielonych ścianką w swej wysokości na dwie części, musi być kosztowne (kosztowne frezowanie), z po

wodu zaś konieczności zastosowania bardzo ważkich szczelin pomiędzy temi ściankami w kierownicy i w wirniku, celem zapewnienia prawidłowego podziału strufhienia pary, łatwo zajść mogą przy wydłużaniu się poszczególnych części pod wpływem działania,

Turbiny

(7)

•M III. Najważniejsze rodzaje lurbin parowych.

wysokich temperatur, lub przy niezbyt dokładnem nastawieniu łoża stopowego, zatarcia się wirników z dzielonymi wieńcami łopatkowymi o kierownicę. Skutki takich zatarć mogą być przyczyną długich postojów silnika.

W turbinie rys. 34 go oryginalną budowę wykazują wirniki niskoprężne 9 do 14, które są dwudzielne. W piaście wirnika są wytoczone pierścienie, połączone zapomocą śrub z odpowiedniemi pierścieniami, wytoczonemi na wale turbiny. Połączenie tego ro

dzaju tylko wtedy może skutecznie opanować siły odśrodkowe, jeśli otwory na śruby przytwierdzające zostaną wykonane z nadzwyczajną dokładnością, ponieważ zaś wyko- konanie warsztatowe podobnej konstrukcji jest bezwątpienia kosztowniejsze, niż wyko

nanie kół z jednego kawałka, przeto wątpić należy, czy znajdzie ono naśladowców.

Myślą przewodnią budowy turbiny według rys. 34, t. j . zastosowanie, ze względu na dążność do uzyskania niezbyt wielkich prędkości pary, dosyć dużej liczby stopni ciśnienia i powiększenie w ostatnich stopniach wolnego przekroju przepływowego przez podział strumienia parowego, — urzeczywistnia w swych turbinach kombinowanych (koło Curtis'a z wielostopniową turbiną akcyjną) o wielkiej mocy także fabryka F r a s e r

& C h a l m e r s (rys. 35). Główna konstrukcyjna różnica tej turbiny względem poprzednio opisanej polega na tern, że para wychodząca z 11-go wirnika, dzieli się na dwa strumienie z których wewnętrzny wykonywa pracę przed ujściem do kondensatora w trzech dalszych

Rys. 35.

wirnikach, a zewnętrzny tylko w dwóch wirnikach o większej średnicy i większej długo

ści łopatek. Skutkiem tego budowa osłony turbiny jest więcej zawiła, lecz wykonanie łopatek jest prostsze i nie zachodzi obawa zatarcia się wieńców łopatkowych o wieńce kierownic.

Turbiny kombinowane, składające się z koła Curtis'a i wielostopniowej turbiny akcyjnej, "są obecnie wykonywane dla bardzo wielkiej mocy mechanicznej w jednym sil, niku i w jednej osłonie, mianowicie przy n — 3000 obr./min. dla mocy do 25 000 k W -

(8)

S 9-b. Koło Curtis'a w połączeniu z wielostopniowa turbiną reakcyjną. 35 przy n = 1 500 obr./min. dla mocy do 40000 kW, przy n — 1 000 obr./min. dla mocy do 60000 kW.

W budowie tych turbin zarysowują się obecnie dwa zasadnicze kierunki:

A) budowa według rys. 34 i 35, stosowana przez zwolenników mniejszych naprężeń materjałów w wirnikach i w łopatkach, oraz mniejszych prędkości pary;

B) budowa według rys. 32 i 33, stosowana przez zwolenników możliwie krótkiej i prostej turbiny, w której poszczególne części są jaknajumiejętniej wykonane, z mater

jałów najlepszych, więc kosztownych.

Oczywiście, że dla mniejszej mocy będzie się używać nadal budowy, podobnej do wskazanej na rys. 30, lecz przeważnie z mniejszą liczbą wirników.

Nie ulega wątpliwości, że ostrożny inżynier ruchu, dbający o możliwą niezawod

ność swych silników, często wybierze silnik, wymieniony pod A), lecz nowoczesny inży

nier, wytwarzający silniki, dążyć będzie całą siłą swej woli do opanowania trudności, na

stręczających się przy budowie turbin, wymienionych pod B), w słusznem przekonaniu, że przyszłość należy do tego typu.

Dążenie tego rodzaju uwydatnia się dobitnie w konstrukcjach fabryki A. E . G . w Ber

linie, której turbiny przy n — 3 000 obr./min. składają się dla mocy aż do 5000 kW z koła Curtis'a i 6 lub 5 kół Zoelly'ego jednakowej, niezbyt wielkiej średnicy (materjał wirników nie potrzebuje być najprzedniejszy), — dla mocy powyżej 5000 kW z koła Curtis'a i tylko 4 kół Zoelly'ego o większej średnicy (materjał wirników wyborowy),—dla bardzo wielkiej zaś mocy aż do 25 000 kW są wykonane według rys. 32, lub zwłaszcza 33. Turbogenera

tory tej samej fabryki o mocy 50000 do 60000 kW składają się przy n = 1000 obr./min.

z koła Curtis'a i 9 kół Zoelly'ego o średnicy 3 400 do 3 800 mm (fi — 180 do 200 w/sek.), są więc w swej budowie znacznie krótsze i znacznie prostsze, niż opisane poprzednio tur

biny amerykańskie systemu Parsons'a. W turbogeneratorach o mocy powyżej 10 000 kW fabryka A. E. G . stosuje cztery łożyska i sprzęgło elastyczne.

Podobnych zasad trzyma się fabryka Skody w Pilznie.

Inne fabryki stosują z przyczyn poprzednio podanych większą liczbę stopni ciśnie

nia, czyli mniejsze prędkości pary. Np. turbina fabryki L a Societe de Construction Me- chanique w Paryżu o mocy 15000 kW przy n = 1 250 obr./min. składa się z koła Curtis'a i 11 kół akcyjnych Rateau'a, a o mocy 6000 kW przy n = 3000 obr/min.—z koła Curtis'a i 7 kół Rateau'a, — turbina fabryki Bergmanna w Berlinie o mocy 2500 kW przy n = 3 0 0 0 obr./min. z koła Curtis'a i 8 kół akcyjnych.

§ 9-b. K o ł o C u r t i s ' a w p o ł ą c z e n i u z w i e l o s t o p n i o w ą t u r b i n ą r e a k c y j n ą . Typową konstrukcję powyższego systemu, budowaną np. przez fabrykę Brown-Bove- ri'ego, pierwszą Brneńską (E. B.), Tosi'ego, Gutehoffnungshuette i t. d., przedstawia rys. 36. Koło Curtis'a, posiadające dwa lub trzy, wyjątkowo w bardzo wielkich turbinach okrętowych nawet cztery stopnie prędkości, tworzy część wysokoprężną, wielostopniowa turbina reakcyjna — część niskoprężną turbiny. W wielu wykonaniach posiada bęben, podobnie jak u Parsons'a, także dwie do trzech różnych średnic. Para świeża dopływa przy A, rozpręża się w dyszach przed kołem Curtis'a G na 3 do 2,5 atm. abs., wykonywa pracę w kole Curtis'a, zasilanem na części obwodu, a potem wchodzi do wielostopniowej części reakcyjnej, zasilanej na całym obwodzie wieńców. Do skraplacza uchodzi przy E.

W kole Curtis'a para posiada wielką prędkość, natomiast część niskoprężną przepływa z małą prędkością. Bęben spoczywa na wałach, ułożonych w łożyskach. N a jedną stronę tłoka odciążającego B działa ciśnienie, panujące w przestrzeni F, więc 3 do 2,5 atm. abs.

(9)

(10)

§ 9-b. Kolo Curtis'a w połączeniu z wielostopniową turbiną reakcyjną. 37

Rys. 37.

na drugą — prężność pary wylotowej, dochodzącej przez otwory, znajdujące się w koń

cowych ściankach bębna D. Podstawy łożysk stanowią całość z dolną częścią osłony, jak to wynika z fotografji rys. 37.

Powyższa kombinacja turbiny usuwa najdotkliwsze wady turbiny Parsons'a, zacho

wując dodatnie jej strony. Mianowicie źle pracującą część wysokoprężną turbiny Par

sons'a zastąpiono tutaj kołem Curtis'a, zatrzymując- jednakże dobrze pracującą część niskoprężną. Ponieważ nacisk w kierunku prądu pary, powstający wskutek reakcyjności turbiny, nie jest tutaj bardzo wielki, wystarcza po stronie wysokoprężnej jeden tłok od

ciążający, który nie potrzebuje nawet posiadać zbyt wielkiej średnicy, jeśli zastosuje się oprócz niego po stronie niskoprężnej tłok odciążający według Fullagara, podany przy opisie rys. 12. Skutkiem tego turbina powyższa jest znacznie krótsza, niż turbina Par

sons'a. Ponieważ oprócz tego do osłony turbinowej dopływa para o stosunkowo niskiem ciśnieniu i niezbyt wysokiej tem

peraturze, dalej, ponieważ szczeli- Jj « . 4 ^ - , -. . i • ' .

ny pomiędzy wieńcami łopatko-

^L^^^gĘmm^^^^kf

wemi a osłoną.względnie bębnem, fcłaMB mogą w części niskoprężnej, bez

powodowania nadmiernych strat, być stosunkowo duże (około 1 do 1,5 mm), wyłamania łopatek nie zachodzą tak łatwo skutkiem odkształcenia osłony, lub zatarcia się łopatek o osłonę. Turbina po

wyższa oznacza się więc d u ż ą

n i e z a w o d n o ś c i ą b i e g u , a w czasie krótkim, po podgrzaniu 5 do 8 minutowem, może być uruchomiona. Jedynie w r a z i e k i l k u g o d z i n n y c h p r z e r w w r u c h u po

leca się okręcać turbinę powyższego rodzaju kilka razy w międzyczasie, aby osiągnąć równomierne ostyganie bębna. Odbywa się t0 zapomocą małego elektromotoru, ustawio

nego na ramie fundamentowej pomiędzy turbiną, a generatorem elektrycznym, lecz jest w każdym razie niedogodne.

W porównaniu z kombinacją, rozważaną w § 9 a, turbina składająca się z koła Cur

tis'a i z wielostopniowej części reakcyjnej, odznacza się dodatnio małemi prędkościami pary w części niskoprężnej, oraz dużą sztywnością dzięki zastosowaniu bębna.

Skutkiem małej prędkości pary zdzieranie się łopatek jest nieznaczne, a spółczyn

nik sprawności turbiny dobry. Osłona turbinowa jest jednakże dłuższa, a skutkiem wspomnianych poprzednio szczelin zachodzą pewne straty pary w części reakcyjnej.

W r u c h u z w y k ł y m o b i e d w i e k o m b i n a c j e p o d w z g l ę d e m z a p o t r z e b o w a n i a p a r y s ą s o b i e r ó w n o r z ę d n e .

Pewne wątpliwości może nasuwać także tłok odciążający z powodu uszczelnienia grzebieniastego, które w rzeczywistości przyczyniało się do unieruchomienia turbiny na czas dłuższy (wytopienie się pierścieni). Te względy skłoniły niektóre fabryki do usu

nięcia tłoka odciążającego z osłony turbinowej.

Sulzer, który zaniechał budowy turbin parowych, używał zamiast tłoka odciążają

cego czopa stopowego C (patrz rys. 38), na który działa oliwa o ciśnieniu około 8 atm.

abs. Czop jest łatwo dostępny, a naprawa jego w razie konieczności znacznie tańsza i łatwiejsza, niż tłoka odciążającego. Osłona turbinowa jest tutaj podzielona, oprócz w osi poziomej, także w osi pionowej. Tosi stosuje w turbinach o średniej mocy kon

(11)

strukcję według rys. 36, umieszcza natomiast w typach wielkich tłok odciążający w osob

nej osłonie, doprowadzając do każdej z jego stron parę o odpowiedniej prężności. Po

wyższa zmiana wpływa bezwątpienia dodatnio na zwiększenie niezawodności biegu turbiny.

A

Rys. 38.

Westinghouse nie używa wcale tłoków odciążających, stosując konstrukcję uwi

docznioną na rys. 39. Para przepływa najpierw przez koło Curtisa, znajdujące się w środ

ku turbiny, i płynie potem do wielostopniowej turbiny reak

cyjnej, składającej się z dwóch części. Do jednej z nich do

staje się bezpośrednio, do dru

giej przez otwory, znajdujące się w bębnie. Ponieważ para przepływa części niskoprężne w kierunku przeciwnym, znosi się nacisk, powstający z powo

du reakcyjności turbiny. Zu

pełne usunięcie tłoków odcią

żających jest wielką zaletą powyższej konstrukcji, stroną ujemną natomiast są dwie rury wylotowe. Swobodne wydłużanie się osłony turbinowej w osi podłużnej jest utrudnione.

Również uszczelnienie rur wylotowych, które powinny być elastycznie połączone z kon

densatorem, może s p r a w i a ć trudności, zwłaszcza, że kondensator, ze względu na osią-

(12)

§ 9 b. Kolo Curtis'a w połączeniu z wielostopniową turbiną reakcyjną. 39 gniecie dobrej próżni, powinien być umieszczony możliwie blisko turbiny. Podobne wy

konania stosuje także Tosi w większych typach turbin.

O s i ą g n i ę c i e w i e l k i e j m o c y p o n a d 4 000 kW w j e d n y m s i l n i k u przy n = 3000 obr/min. wymagało wprowadzenia w turbinie kombinowanej, składającej się z koła Curtis'a i wielostopniowej turbiny reakcyjnej, więcej zasadniczych zmian niż w ty

pie, opisanym w § 9-a, ponieważ część niskopręźna posiada podług rys. 36 i 38 kształt bębna. Naprężenie zwykłego bębna zależy w bardzo nieznacznej mierze od grubości jego ścianki, a prawie wyłącznie tylko od jego prędkości obwodowej. Ze względu na dopusz

czalne naprężenie (około 1000 kg/cm² dla żelaza zlewnego), wywołane działaniem siły odśrodkowej, mogą bębny pracować przy prędkości obwodowej u 125 m/sek., czyli

Rys. 40.

powinny przy n = 3000 obr./min. posiadać średnicę D <; 800 mm (mierzoną do środka wieńca bębna).

Chcąc więc przy n = 3000 obr./min. zachować, ze względu na sztywność całości układu, wirnik o kształcie bębna, należało parę, wychodzącą z koła Curtis'a, prowadzić dwiema drogami w części niskoprężnej.

Taki ustrój silnika podobny do konstrukcji rys. 39 stosują obecnie niektóre fabryki w turbinach parowych o wielkiej mocy przy w = 3000 obr./min., np. na rys. 40 widzimy bu

dowę, używaną przez fabrykę M e l m s & P f e n n i g e r ' a w Monachium dla turbiny o mocy 10000 kW przy próżni 95%, a 13000 kW przy próżni 93%. Konstrucyjnie jest tutaj cieka

we wykonanie bębna, którego średnica D jest ze względów wytrzymałościowych, w prze

ciwstawieniu do normalnych konstrukcji bębnów Parsons'a, największa w środku, po

nieważ tutaj bęben jest podparty kołem Curtis'a, nie posiadającem żadnego otworu na

(13)

piastę, a łopatki w tej części są najniższe. Obie części bębna są połączone śrubami, przechodzącemi przez koło Curtis'a. Przy ostatnicli wieńcach długich łopatek wirniko

wych (w tych miejscach naprężenia bębna przez łopatki są większe) bęben posiada mniej

szą średnicę i przechodzi w wał turbinowy. Skutkiem tego osiąga się dla całej części niskoprężnej jednakową średnią średnicę wieńca łopatkowego Dm = 900 mm. Wysokość łopatek w ostatnim wieńcu wykonano tutaj około 260 mm, czyli l: Dm = 1 : 3,5, co wo

bec stosunkowo niedługich łopatek nie nastręcza pod względem wytrzymałościowym żadnych wątpliwości, lecz wpływa na zmniejszenie, wprawdzie nieznaczne, spółczynnika sprawności turbiny z przyczyn poprzednio podanych. W celu powiększenia mocy tur

biny podobnego ustroju możnaby jeszcze trochę powiększyć średnicę wieńca bębna. Ze względów wytrzymałościowych byłoby to dopuszczalne, gdyż z. powodu zmniejszenia ilości stopni ciśnienia i długości turbiny w stosunku do średnicy bębna, otrzymalibyśmy bęben w niewielkich odległościach dobrze podparty, w którym rozkład naprężeń jest znacznie korzystniejszy, niż w bębnach swobodnie biegnących. Turbiny, budowane we

dług zasad, uwidocznionych na rys. 40, są nieznacznie dłuższe, a waga ich nie większa od turbin, w których para przepływa w jednym kierunku (patrz rys. 41 i koniec § 9-c).

Rys. 41.

Wprawdzie liczba wieńców łopatkowych jest znacznie większa, lecz z powodu małych naprężeń krótszych łopatek materjał i kształt ich nie potrzebują być zbyt kosztowne, skutkiem czego turbiny tego rodzaju mogą pod względem ceny sprzedażnej z powodze

niem współzawodniczyć z turbinami innych systemów. Zaopatrzone są one zwykle w regulację ilościowo-jakościową z serwomotorem oliwnym, np. turbina, uwidoczniona na rys. 40, posiada w górnej swej części cztery wentyle, kolejno otwierające dopływ pary do czterech oddzielnych szeregów dysz, w zależności od obciążenia turbiny.

Osiągnięcie mocy silnika ponad 4000 kW przy n — 3000 obr./min. i przy p r z e  p ł y w i e p a r y w j e d n y m k i e r u n k u przez turbinę wymagało ze względów wytrzyma

łościowych u s u n i ę c i a b ę b n a w części niskoprężnej i zastąpienia go kołami wirniko- wemi, aby móc zastosować w tej części prędkości obwodowe wirnika powyżej 200 ?w/sek

(14)

§ 9-b. Kolo Curtis'a w połączeniu z wielostopniową turbiną reakcyjną. 41 Jako pierwsza wkroczyła na tą drogę fabryka B r o w n B o v e r i w Baden (Szwajcarja), która wystawiła w r. 1914 na wystawie krajowej szwajcarskiej turbinę, w której część nisko

prężną tworzy sześć kół o większej średnicy z reakcyjnemi wieńcami łopatkowymi (patrz

§ 9-c). Zasadniczo podobnej budowy turbin o mocy do 15000 kW przy w = 3 0 0 0 obr./min.

używa fabryka T h y s s e n ' a w Muelheim n/Ruhr'ą, której wykonanie konstrukcyjne dla mocy 6000 kW przy n — 3000 obr./min., odbiegające od konstrukcji Brown Boveri'ego, wi

dzimy na rys. 41. Część wysokoprężną tworzy jedno kolo Curtis'a, lub przy mniejszej prężności pary admisyjnej jedno koło Zoelly'ego, częściowo zasilane, część średnioprężną—

bęben, a część niskoprężną—trzy koła reakcyjne z rozszerzonymi wieńcami, skutkiem któ

rych uszczelnienie łopatek jest tego samego rodzaju, co w bębnie (analogiczna konstrukcja do przedtem wspomnianej Brown Boveri'ego). Koła, wykonane jako tarcze bez otworów

Rys. 42.

w piaście, są przytwierdzone do bębna dopasowanemi śrubami, tak, że całość daje nie mniejszą sztywność, niż bęben normalny, lecz wykonanie warsztatowe wymaga wielkiej umiejętności i sumienności. W przeciwstawieniu do normalnych wykonań wielostopnio

wych turbin reakcyjnych, łopatki wirników i kierownic są ze sobą połączone zapomocą pierścieni zewnętrznych względnie wewnętrznych, celem wzajemnego usztywnienia.

Innych środków konstrukcyjnych, dążących do opanowania wielkich prędkości obwo

dowych w części niskoprężnej reakcyjnej, chwycili się inżynierowie fabryki G u t e h o f f - n u n g s h u e t t e w Sterkrade, jak to wynika z rys. 42, przedstawiającego turbinę o dwóch głównych stopniach ciśnienia, w której para wylotowa z maszyn tłokowych dopływa do przestrzeni A. Normalna turbina, pędzona wyłącznie parą świeżą, różni się od przedsta

wionej tylko tern, że nie posiada przestrzeni A i dodatkowych przyrządów. Cechą cha

rakterystyczną tej budowy jest zastąpienie bębna kilkoma kołami z szerokimi wieńcami.

W części średnioprężnej przy niewielkiej średnicy wirnika wieniec, ze względu na dopusz

czalne naprężenie na wytrzymałość, może otrzymać dość dużą szerokość,—wirniki nisko- pręźne o większej średnicy posiadają natomiast nieznaczną szerokość wieńca, umożli wiającą umieszczenie tylko dwóch wieńców łopatkowych, a przy dalszem powiększeniu

Turbiny. fi

(15)

•12 111. Najważniejsze rodzaje turbin parowych.

średnicy wirników i prędkości obwodowej trzeba będzie z pewnością zadowolić się jed

nym wieńcem łopatkowym na jednym wirniku. Ustrój tego rodzaju może dawać dobre wyniki pod względem zużycia pary i skutecznie opanowywać trudności, wynikające z wielkich prędkości obwodowych, lecz nie posiada zalety sztywności układu bębnowego jak turbina rys. 40 i nie odznacza się prostotą konstrukcji i fabrykacji turbiny rys. 45.

§ 9-c. K i l k u s t o p n i o w a t u r b i n a a k c y j n a w p o ł ą c z e n i u z w i e l o s t o p n i o w a t u r b i n ą r e a k c y j n ą .

Fabryka Melms — Pfenniger budowała dawniej typ turbiny, w której część wyso

koprężną tworzyła kilkostopniowa, częściowo zasilana turbina akcyjna, a część nisko

prężną wielostopniowa turbina reakcyjna; — charakte

rystyczną cechą tego silnika było umieszczenie wszyst

kich łopatek wirnikowych na bębnie, skutkiem czego cały układ odznaczał się dużą sztywnością. Ponieważ ciśnienie pary w kilkostopniowej części wysokoprężnej spada dość szybko, należało umieścić uszczelnienie po

między poszczególnymi stopniami ciśnienia. Fabryka zastosowała rodzaj uszczelnienia grzebieniastego, poka

zanego na rys. 43, z osiową szczeliną c pomiędzy bębnem a pierścieniem wieńca łopatek kierowniczych, wynoszącą 0,2 do 0,3 mm. Uszczelnienie to znajdowało się na dużym obwodzie bębna, skutkiem czego łatwo mogło zajść zatar

cie się bębna o pierścienie uszczelniające. Z tej przyczyny, oraz z powodu niemożności stosowania konstrukcji bę

bna, przez który para przepływa w jednym kierunku, w turbinach o mocy wielkiej, Melms—Pfenniger zaprze

stał budowy powyższego typu, pomimo że wirnik akcyj

ny o jednym stopniu prędkości posiada lepszy spółczynnik sprawności, niż koło Curtis'a.

Inne wytwórnie natomiast starają się za przykładem inżyniera francuskiego Barbezat'a konstrukcyjnie wyzyskać zaznaczoną zaletę kół akcyjnych o jednym stopniu prędkości.

(16)

§ 9-c. Kilkostopniowa turbina akcyjna w połączeniu z wielostopniową turbiną reakcyjną. 43

Jako przykład turbiny parowej tego rodzaju może posłużyć rys. 44, przedstawiający konstrukcję P i e r w s z e j B r n e ń s k i e j F a b r y k i w Brnie. W s i l n i k u t y m zastąpiono koło Curtis'a i średnioprężną część bębna trzema, lub czterema kołami akcyjnemi, tak, że składa się on z kilku kół Zoelly'ego jako części wysoko- i średnioprężnej i z turbiny Parsons'a jako części niskoprężnej. Przewodnią myślą przy budowie tej kombinowanej turbiny była dążność do zmniejszenia zużycia pary. Koła Zoelly'ego, o ile możności zasilane na całym obwodzie, więc wyzyskujące prędkość wylotową wirnika poprzedniego, posiadają bowiem, przy zastosowaniu najkorzystniejszego stosunku prędkości obwodowej wirników do pręd

kości pary, większy spółczynnik sprawności, gdyż rozprężanie pary mniej odbiega do ekspansji adjabatycznej, niż przy użyciu koła Curtis'a, czyli mniej powiększa się entropja.

Oprócz zmniejszenia zużycia pary, przedstawiona na rys. 44 turbina kombinowana posiada jeszcze inne dodatnie strony. Przedewszystkiem z powodu usunięcia reakcyjnej części średnioprężnej nacisk osiowy w kierunku prądu pary nie jest zbyt wielki, skutkiem

Rys. -45.

czego można zamiast zwykłych tłoków odciążających zastosować łożysko stopowe, po

dejmujące wspomniany nacisk zapomocą stojącej pod ciśnieniem oliwy, lub też tylko jeden tłok odciążający po stronie niskoprężnej, więc chłodnej części osłony, według me

tody Fullagara (rys. 44), co przedstawia bezwątpienia pewną zaletę. Zamiast uszczelnie

nia grzebieniastego, dławnice posiadają pierścienie z mieszaniny węgla z grafitem z do

szczelnieniem parowem.

Dla wytwarzania w jednym silniku mocy ponad 4 000 k W przy n — 3000 obr./min.

należało w powyższej konstrukcji usunąć w części niskoprężnej bęben. Jak wspomniano w § 9-b, B r o w n - B o v e r i zbudował w r. 1914 turbinę, w której część wysokoprężną two

rzą dwa koła akcyjne Zoelly'ego, częściowo zasilane, część średnioprężną — zaopatrzony w łopatki bęben, a część niskoprężną — sześć kół o większej średnicy z reakcyjnymi

(17)

wieńcami łopatkowymi (patrz także opis rys. 41). Długość łopatek w części niskoprężnej wzrasta stożkowo, skutkiem czego z powodu lepszego prowadzenia strumienia pary zmniejszają się straty, spowodowane nieszczelnością. Ustrój tego rodzaju, lecz przeważnie z mniejszą liczbą wirników niskoprężnych, stosuje fabryka wspomniana obecnie w turbi

nach, pracujących z kondensacją i z n — 3000 obr./min. jako t y p n o r m a l n y dla mocy od 3000 do 10000 kW.

W celu skrócenia długości silnika i zmniejszenia kosztów wykonania przy dobrem wyzyskaniu pary, B r o w n-B o v e r i stosuje w najnowszym czasie dla turbin o mocy 12 000 do 16000 kW przy n — 3000 obr./min. bardzo ciekawą budowę, uwidocznioną na rys. 45.

Ze względów wytrzymałościowych fabryka używa tego typu także dla mniejszej mocy przy większej liczbie obrotów, np. dla mocy 2 000 do 3000 kW przy n = 6000 obr./min.

Część wysoko- i średnioprężną tworzą tutaj (analogiczne do budowy turbiny rys. 44) trzy koła Zoelly'ego, część, niskoprężną — cztery koła z reakcyjnymi wieńcami łopatkowymi.

Wszystkie wirniki posiadają jednakową średnią średnicę wieńców łopatkowych, wyno

szącą 1 500 mm; — przy n — 3000 obr./min. prędkość obwodowa dla tej średnicy wynosi u = 235,5 m/sek, a dla zewnętrznej średnicy wieńca łopatkowego wyno

szącej 1 800 mm, « = 283 m/sek. Brown-Broveri zatrzy

mał, pomimo zastosowania kół wirnikowych, wykonanie reakcyjnych łopatek, ponieważ zapomocą nich można uzyskać przy tej samej prędkości obwodowej u, tej samej średnicy Dm i tej samej wysokości łopatek Z większą ilość przepływającej na sekundę pary, czyli większą moc sil

nika, niż przy łopatkach akcyjnych;—wynika z tego, że przy tej samej mocy silnika i danej ilości przepływającej pary łopatki reakcyjne wypadają krótsze od łopatek ak

cyjnych. W przeciwstawieniu do normalnych wieńców łopatkowych Parsons'a, w których straty, spowodowane pomiędzy poszczególnymi stopniami ciśnienia, zostają jedynie zmniejszone przez stosowanie możliwie małych szczelin pomiędzy łopatkami kierownic a bębnem,względ

nie - ł o p a t k a m i wirników a osłoną turbiny,—wieńce ło

patek kierowniczych i wirnikowych są tutaj nakryte także w części reakcyjnej wewnątrz, względnie zewnątrz, pier

ścieniami, służącymi zarazem do wzajemnego usztyw

nienia poszczególnych łopatek względem siebie. Po

szczególne po sobie następujące wieńce łopatkowe są tak zbudowane, że długość łopatek powiększa się stożkowo, skutkiem czego unika się zachodzących, przy stopniowem powiększaniu długości łopatek, wirów pary, powodujących uszkodzenia łopatek. Aby osią

gnąć prawidłowy przepływ pary przez wieńce łopatkowe i zapobiedz bezpożytecznemu uchodzeniu pary przez szczeliny, zostaje umyślnie wprowadzone (rys. 46) takie zboczenie strumienia parowego, że przy B zachodzi ssanie pary przez wieniec łopatkowy, skutkiem czego straty z powodu nieszczelności pomiędzy poszczególnymi stopniami ciśnienia mogą być niewielkie;—przy A zachodzi zgęszczenie pary. Względem budowy reakcyjnych wirni

ków jako tarcz możnaby jedynie wyrazić obawę, że przestrzenie pomiędzy dwoma kołami reakcyjnemi są wypełnione parą niepłynącą, wobec czego przy zmianach obciążenia mogą

Rys. 46.

(18)

§ 9-c. Kttkostopnlqwa turbina akcyjna w j>ol.}Czeniu z wielostopniowa, turbiną reakcyjną. 45

zajść, z powodu większej różnicy temperatury pomiędzy wieńcem wirnika a jego piastą,niż w turbinach akcyjnych, niebezpieczne odkształcenia i drgania wirników. Przy pełnem ob

ciążeniu silnika pierwszy wirnik jest zasilany na całym obwodzie, przy mniejszem obciąże

niu używa się częściowego zasilania, gdyż turbina posiada regulację ilościowo-jakościową.

Z powodu nacisku reakcyjnego turbina jest zaopatrzona w tłok o d c i ą ż a j ą c y , znajdu

jący się po stronie wysokoprężnej, a posiadający, tak samo jak i dławnice, uszczelnienie g r z e b i e n i a s t e .

Ze względu na wielką prędkość obwodową i stąd wynikające duże naprężenia, fre

zuje się łopatki wirnikowe razem z dokładkami z jednego kawałka. Przy wielkiej długości łopatek różni się ich prędkość obwodowa na wewnętrznej średnicy znacznie od tejże na zewnętrznej średnicy. Celem osiągnięcia równie dobrego wyzyskania pary na całej dłu

gości łopatek, B r o w n-B o v e r i nadaje im takie kształty, że w pobliżu wieńca wirnikowego kąty wlotowe zmniejszają się, a kąty wylotowe powiększają się, przez co obniża się równo

cześnie zmniejszenie wolnego przekroju przepływowego w okolicy wewnętrznej średnicy.

Ponieważ turbina, przedstawiona na rys. 45 jest prostej budowy i daje korzystne wyniki pod względem zużycia pary, przeto powinna ona stać się typową dla mocy od 3000 do 16 000 kW przy n = 3000 obr./min. i przy przepływie pary przez turbinę w jed

nym kierunku.

R o z w ó j o s i o w y c h t u r b i n p a r o w y c h o wielkiej mocy z r e a k c y j n ą c z ę ś c i ą n i s k o p r ę ż n ą w ostatniem dziesięcioleciu zdaje się wskazywać na to, że z po

wodu prostej budowy i celowości fabrykacji pozostaną w Europie dla mocy od 1 000 do 16000 k W i pracy z kondensacją jako t y p o w e tylko następujące dwa ustroje:

A) budowa według rys. 40, stosowana przez zwolenników sztywnego układu bę

bnowego i mniejszych naprężeń łopatek wirnikowych, oraz mniejszych prędkości pary;

B) budowa według rys. 45, stosowana przez zwolenników odpływu pary jedną rurą i możliwego skrócenia długości turbiny, a wymagająca z powodu większych prędkości obwodowych i większych prędkości pary używania wyborowego materjału na wirniki i łopatki, dopuszczającego większe naprężenia jednostkowe.

Być może, że fabryki, budujące powyższe dwa typy, będą je wykonywały jedynie dla mocy powyżej 3 000 kW przy n = 3000 obr./min., a dla mocy mniejszej, ze względu na sztywny układ bębna i małe zdzieranie się łopatek w części niskoprężnej, — turbinę kombinowaną, składającą się z jednego koła Curtis'a, lub kilku kół Zoelly'ego jako częśc- wysokoprężnej i z turbiny Parsons'a jako części niskoprężnej, lecz w ogólności podobne różniczkowanie typów w zależności od mocy silnika jest ze względów fabrykacyjnych nie

p o ż ą d a n e i n i e w ł a ś c i w e . Z tych przyczyn nie można też pochwalać istniejącej obec

nie w niektórych fabrykach różnorodności typów kombinowanych turbin parowych w zależ

ności od wytwarzanej mocy, np. fabryka buduje przy n = 3000 obr./min. i pracy z kon

densacją dla mocy od 500 do 3 000 kW turbinę podług zasad rys. 36, dla mocy od 3000 do 10000 kW - turbinę według zasad rys. 41, dla mocy od 10000 do 16 000 kW - turbinę według rys. 45, a w turbinach, pracujących z przeciwprężnością, i w turbinach, zasilanych wyłącznie parą wylotową, — stosuje zwykły ustrój Parsons'a. Choćby podobna różno

rodność była usprawiedliwiona ze względu na obniżenie zużycia pary, które to obniżenie w ruchu praktycznym z pewnością będzie nieznaczne, to jednak można uznać ją za nie

dopuszczalną ze względów fabrykacyjnych.

Budowa turbiny., wskazana na rys. 41, nie przedstawia tak typowej konstrukcji jak rys. 40 i 45,—odznacza się może większą sztywnością w porównaniu z konstrukcją rys. 45, lecz fabrykacja jej jest mniej dogodna, choćby z powodu kombinacji aź trzech rodzajów

(19)

turbin w jednej całości. Bezwątpienia znajdzie ona duże rozpowszechnienie, ponieważ buduje ją fabryka bardzo poważna, chcąca posiadać konstrukcję odmienną, choćby ze względów konkurencyjnych.

§ 10. Turbiny promieniowe Ljungstroem'a.

W ostatnich latach zdobywała większe rozpowszechnienie turbina promieniowa o wielkiej mocy, zbudowana przez dwóch inżynierów szwedzkich Ljungstroem'ow, wy

konywana zaś przez T o w . A k c . L j u n g s t r o e m w Fispong pod Stockholmem i przez znaną fabrykę francuską S a u t t e r - H a r l e w Paryżu.

Oprócz promieniowego zasilania i pracy z reakcją, cechą najcharakterystyczniejszą tej turbiny jest to, że kierownica nie jest nieruchomą, tylko biegnie w kierunku przeciw

nym do wirnika i wykonywa również pracę użyteczną; — turbina składa się więc tylko z dwóch wirników, przez których wieńce łopatkowe kolejno przepływa para, a które po

siadają bieg przeciwbieżny.

Rys. 47 przedstawia turbinę Ljungstroem'a o mocy 1000 k W przy n == 30Ó0 obr./min. Na końcach dwóch wałów są osadzone wirniki Ax i A2, zaopatrzone w łopatki.

Rys. 47.

Para świeża dopływa przechodzącemu przez przestrzeń wylotową rurami DŁ i /)., i przez znajdujące się w piastach wirników otwory do wewnętrznego wieńca łopatkowego o naj

mniejszej średnicy, przytwierdzonego do wirnika Av a po oddaniu w tym wieńcu pracy, wykonywa ją w drugim wieńcu, przytwierdzonym do wirnika A2 i t. d.; — w ostatnich czterech wieńcach niskoprężnych wysokość łopatek jest podzielona na dwie części (dla mocy 5000 kW przy n = 3000 obr./min. wysokość łopatek w ostatnich 6 wieńcach jest podzielona na 6 części). Do wirnika A{ jest przytwierdzona tarcza Bu do wirnika A2 tar

cza B2. Zadaniem tych dwóch tarcz ruchomych jest dokonywanie uszczelnienia wzglę

dem nieruchomych tarcz C\ i C2, celem odgraniczenia przestrzeni, napełnionej parą świeżą

(20)

§ 10. Turbiny promieniowe Ljungstroem'a. 47 od przestrzeni wylotowej, oraz wyrównywanie nacisku w kierunku osiowym i odpowied

nie osiowe ustawienie wirników. Rury Et i E2 leżą w innej płaszczyźnie, niż przedsta

wiono na rys. 47, a służą do odprowadzenia pary z dławnic. Jak z wymiarów, umieszczo

nych na rysunku, wynika, turbina ta jest bardzo krótka, lecz wymaga, z powodu osadze

nia wirników na końcach dwóch wałów o,biegu przeciwbieżnym, zastosowania d w ó c h g e n e r a t o r ó w e l e k t r y c z n y c h skutkiem czego długość całego turbogeneratora nie jest zbyt mała.

Przy większej mocy niż 5 000 kW i n = 3000 obr./min. naprężenia materjałów, wywołane działaniem sił odśrodkowych przy wielkich prędkościach obwodowych, są bar

dzo wielkie. Z tej przyczyny Ljungstroem stosuje w.takich wypadkach typ kombinowany,

Rys. 48.

składający się z turbiny promieniowej i osiowej w jednej osłonie, przedstawiony dla mocy 10000 do 14 000 kW przy n = 3000 obr./min. na rys. 48. Para świeża dopływa tutaj 6 rurami A, zawór B działa w razie przeciążenia turbiny, wpuszczając parę do otwo

rów C. Wysokość łopatek części promieniowej jest najpierw przedzielona na trzy części, a dalej na pięć części. Po opuszczeniu turbiny promieniowej, której zewnętrzny wieniec posiada prędkość obwodową około 140 m/sek., strumień pary dzieli się na dwie części, zasilając dwa akcyjne, osiowe wieńce łopatkowe L. Zapomocą podobnej konstrukcji można budować turbiny rozważanego typu przy mniejszej liczbie obrotów o mocy znacz

nie większej niż 15000 kW.

W wykonaniu warsztatowem swej turbiny Ljungstroem zastosował w szerokiej mie

rze spawanie elektryczne i nawalcowywanie. Przedewszystkiem łopatki wirnikowe są

(21)

48 IV. Obliczanie turbin patowych.

zapomocą spawania połączone z cienkim pierścieniem (na rysunkach czarno zaznaczo

nym), a na wystającą jego część nawalcowuje się silny pierścień zewnętrzny. Ponieważ ostatni posiada dość dużą wytrzymałość, przeto wystarczy stosunkowo słabe jego połą

czenie z wirnikiem, dokonane również zapomocą nawalcowania jednej części na drugą.

Ze względu na różnicę temperatur, panujących w poszczególnych częściach, wirniki tur

biny, uwidocznionej na rys. 48, składają się z trzech części, połączonych ze sobą stosun

kowo słabymi pierścieniami Z (nawalcowanie). Ponieważ część wysokoprężna turbiny jest zawsze reakcyjną, zasilaną na całym obwodzie, możliwa jest tylko regulacja j a k o ś c i o w a z a p o m o c ą d ł a w i e n i a pary admisyjnej.

Pod względem z u ż y c i a p a r y turbiny promieniowe L j u n g s t r o e m ' a osiągają nie gorsze wyniki, niż wielostopniowe turbiny osiowe. Przy zmniejszeniu obciążenia zużycie pary wzrasta tutaj z powodu zastosowania regulacji jakościowej szybciej, niż w turbinach, zaopatrzonych w regulację ilościowo-jakościową.

Pomimo, że silnik Ljungstroema posiada bezsprzeczną zaletę małej długości samej turbiny, wątpić należy, czy znajdzie on równie szerokie rozpowszechnienie, jak wielkie turbiny osiowe, bo wymaga zastosowania dwóch generatorów elektrycznych, a wykona

nie warsztatowe wymaga szerokiego stosowania spawania elektrycznego i nawalcowy- wania; takich sposobów wyrobu części wirujących inżynierowie naogól niechętnie uży

wają, ponieważ obawiają się, że niezawodność części wirujących, w ten sposób wykona

nych, nie będzie dostateczna.

IV. Obliczanie turbin parowych.

§ 1 1 . T e o r j a dyszy.

Dysze służą do rozprężania pary o danem ciśnieniu p1 na wyznaczoną przeciw- prężność £»2, czyli do zamiany energji prężności pary na energję kinetyczną.

Para, przypływająca z kotła, niechaj posiada w początkowym przekroju dyszy Fv

przedstawionej na rys. 49, ciśnienie px w kg/m², objętość właściwą vt w m³/kg, czyli ciężar właściwy 1\ =¹ w kg/m³ i prędkość c*, która jest w stosunku do wylotowej prędkości pary z dyszy tak mała, że można przyjąć ck = o. Ponieważ dysza posiada różne przekroje, przeto w każdym przekroju panuje różne, lecz określone ciśnienie pary. Kieru

nek przepływu pary przez dyszę oznacza strzałka.

Prędkość płynących cząsteczek zwiększa się przy przepływie z jednego przekroju do dru

giego, a pracę do tego potrzebną wykonywa się kosztem spadku ciśnienia.

W przekroju dyszy F niechaj para posiada ciśnienie p, objętość właściwą v i pręd

kość c. Na nieskończenie małą masę m, płynącą z przekroju F do drugiego, nieskończe

nie blisko położonego przekroju, działa w kierunku prądu ciśnienie f. p, a przeciw prą

dowi ciśnienie f(p Ą-dp); czyli ciśnienie wypadkowe, pchające masę m w kierunku prądu, równa się (— f. dp). Oznaczmy przez dc zwiększenie się prędkości pomiędzy tymi dwoma

, . ". . ' 0 ' l ' . dc ., . . . • . dc przekrojami, to otrzymamy: przyspieszenie = , ,acisnienieprzyspiesząjące = m i - . - .